輕子

不參與強作用自旋為ћ/2的費米子

輕子(lepton)是指不參與強相互作用的自旋為ћ/2的費米子。輕子包括電子、μ子、τ粒子和與之相應的中微子(ν、ν和ν以及它們的反粒子)。電子e、μ和τ粒子的質量分別為0.51兆電子伏、105.66兆電子伏和1,776.99兆電子伏,它們都帶有一個單位的負電荷。它們的反粒子e、μ和τ帶有一個單位的正電荷。中微子及其反粒子不帶電,是中性粒子,近年來實驗結果表明中微子具有非零的靜質量。

簡介


三代輕子的源及其內部結構圖
三代輕子的源及其內部結構圖
不參與強相互作用的自旋為1/2的費米子。輕子包括電子、μ子、τ粒子、與之相應的中微子(ⅤeⅤ和Ⅴ以及它們的反粒子)。目前實驗還未發現Ⅴ和它的反粒子。電子、μ子和τ粒子(又稱重輕子)的質量分別為0.51MeV、105.66MeV和1784MeV,它們都帶有一個單位負電荷,它們的反粒子帶有一個單位正電荷;中微子可能是以光速運動的零質量粒子,它們以及反粒子不帶電,是中性粒子。
在輕子參與的所有弱相互作用和電磁相互作用過程中,發現存在一個守恆的量子數,稱為輕子數。所有正粒子的輕子數為+1,反粒子的輕子數為-1。對所有的反應過程,輕子數的代數和在反應前後不變。與電荷守恆不同,電荷守恆與電磁相互作用相聯繫,而輕子數守恆沒有已知的相互作用為根據,只是實驗上發現它總是守恆。
三代輕子圖
三代輕子圖
1962年實驗上發現存在兩種中微子Ⅴe和Ⅴ,它們分別與電子和μ子相聯繫,因此輕子數守恆又分解為電子數(e和Ⅴe粒子數減去e和Ⅴe粒子數)和μ子數(μ和Ⅴ粒子數減去μ和Ⅴ粒子數)分別守恆。1975年發現了τ粒子,但還未發現相應的第三種中微子,會不會有第三種τ輕子數守恆尚待證實。除τ粒子外,前二類輕子(e、Ⅴe和μ、Ⅴ)的性質已有較充分的研究,它們的性質非常類似,僅質量有很大差別,解釋這個現象是粒子物理學理論中的一個尚待解決的重要課。

輕子家族


輕子家族的粒子有六種味,它們具有以下兩個重要性質:
(1)輕子不參與強力的相互作用,只受電磁力和弱力的影響;
(2)輕子數守恆,即輕子只能以粒子反粒子成對地產生或湮滅,總的輕子數(輕子數目減去反輕子數目)在已知的一切物理過程中保持不變。
已知的六種味的輕子成對出現,每一對包括一種荷電輕子和一種被稱為中微子的中性輕子。

輕子與夸克


關於物質的基本組元和它們之間相互作用的實驗和理論研究,已經揭示了粒子物理世界的許多奧秘。我們已經知道,構成一切物質的基本磚塊有兩大家族:輕子和夸克,它們都是費米子。傳遞夸克、輕子之間相互作用的是規範玻色子,光子傳遞電磁力,膠子傳遞強力,W和Z傳遞弱力。